GaN: dai caricabatterie ai kilovolt

Nell’elettronica di potenza di largo consumo, il nitruro di gallio (GaN) si è affermato inizialmente attraverso caricabatterie più piccoli ed efficienti. Nel 2026, però, il suo campo di applicazione si sta ampliando rapidamente: transistor da 18 V entrano nelle nuove architetture di alimentazione per l’intelligenza artificiale, dispositivi nelle classi 1.250-1.700 V vengono sviluppati per i centri dati ad alta densità e una tecnologia GaN è stata dimostrata fino alla classe dei 2.200 V. La ricerca europea si è spinta oltre 3,4 kV su silicio. Parallelamente emerge una vulnerabilità industriale: la Cina concentra circa il 99% della produzione mondiale di gallio primario a bassa purezza, mentre l’Europa rimane fortemente esposta alla filiera cinese nella fase di trasformazione.

Per molti consumatori il nitruro di gallio (GaN, Gallium Nitride) rimane associato soprattutto ai caricabatterie per smartphone e computer portatili diventati progressivamente più piccoli, leggeri e potenti.

I caricabatterie sono stati una delle prime applicazioni di massa del GaN nell’elettronica di potenza di largo consumo, sfruttando le proprietà dei semiconduttori ad ampia banda proibita (wide-bandgap, WBG): materiali che, rispetto al silicio, possono sostenere campi elettrici più elevati e lavorare a frequenze di commutazione maggiori, consentendo in molte applicazioni di contenere le perdite di conversione.

Limitare il GaN ai caricabatterie significa però osservare soltanto la fase iniziale della sua evoluzione.

Nel 2026 questa tecnologia interessa una porzione crescente della catena della conversione elettrica: dall’alimentazione a bassissima tensione nelle immediate vicinanze dei processori fino ai centri dati, ai sistemi industriali, al fotovoltaico, all’accumulo, alla mobilità e alle infrastrutture elettriche.

Uno dei cambiamenti più significativi riguarda la progressiva estensione dell’intervallo di tensioni nel quale il GaN può diventare competitivo.

Perché il GaN è competitivo

Ogni sistema elettrico moderno contiene numerosi stadi di conversione.

L’elettricità proveniente dalla rete deve essere adattata per alimentare un server; una batteria deve fornire tensioni differenti ai vari sottosistemi; un impianto fotovoltaico genera corrente continua che deve essere convertita e controllata prima di essere immessa in rete.

Ogni passaggio comporta inevitabilmente delle perdite.

Nei transistor di potenza in GaN, la bassa resistenza nello stato di conduzione e l’elevata velocità di commutazione possono ridurre sia le perdite di conduzione sia quelle associate alla commutazione. Frequenze operative superiori consentono inoltre, in molte architetture, di diminuire le dimensioni dei componenti magnetici e passivi.

Il vantaggio si traduce quindi soprattutto in una maggiore densità di potenza: più potenza convertita in un volume inferiore, con minori perdite complessive.

Ciò non implica che il GaN sia destinato a sostituire il silicio o il carburo di silicio (SiC, Silicon Carbide) in ogni applicazione. Tensione, potenza, temperatura, affidabilità, frequenza di commutazione, architettura e costo continueranno a determinare quale tecnologia sia più adatta.

Diventa quindi sempre meno appropriato associare il GaN esclusivamente alle basse tensioni.

Dai caricabatterie all’intelligenza artificiale

Uno dei fronti più interessanti si trova proprio all’estremo inferiore della scala delle tensioni.

Le unità centrali di elaborazione (CPU, Central Processing Unit) e soprattutto le unità di elaborazione grafica (GPU, Graphics Processing Unit) e gli acceleratori utilizzati nei sistemi di intelligenza artificiale richiedono tensioni molto basse ma correnti estremamente elevate.

Trasportare grandi correnti per distanze relativamente lunghe sulle schede elettroniche aumenta le perdite e impone conduttori più robusti. Per questo la conversione viene spinta sempre più vicino al processore.

Nell’agosto 2026 Efficient Power Conversion (EPC) ha avviato la produzione di massa dell’EPC2370, un transistor eGaN da 18 V, con resistenza tipica nello stato di conduzione pari a 0,28 milliohm, destinato a convertitori in corrente continua ad alta corrente per i server dedicati all’intelligenza artificiale. Il dispositivo può lavorare a frequenze di commutazione dell’ordine di 1 MHz o superiori.

In questo caso il valore del GaN non consiste nel sostenere migliaia di volt, ma nel trasferire correnti elevate in modo efficiente riducendo dimensioni e perdite dei convertitori collocati vicino ai chip.

I centri dati salgono di tensione

All’interno dei centri dati sta avvenendo contemporaneamente il fenomeno opposto.

Quando cresce la potenza da distribuire, mantenere tensioni relativamente basse — per esempio 48 o 54 V — significa aumentare fortemente la corrente. A parità di potenza, più corrente comporta maggiori perdite resistive, sezioni dei conduttori più grandi e maggiore impiego di rame.

Per questo le nuove architetture stanno orientandosi verso bus di distribuzione in corrente continua a 800 V.

La pressione industriale alla base di questa trasformazione è considerevole.

L’International Energy Agency (IEA), Agenzia internazionale dell’energia, stima che il consumo elettrico mondiale dei centri dati possa quasi raddoppiare, passando da circa 485 TWh nel 2025 a 950 TWh nel 2030. Nello stesso periodo, il consumo attribuito alle infrastrutture specificamente orientate all’intelligenza artificiale dovrebbe triplicare.

La crescita riguarda anche la concentrazione della potenza: tra il 2020 e il 2025 la densità di potenza dei server per l’intelligenza artificiale è aumentata di undici volte e, secondo l’IEA, potrebbe quadruplicare ulteriormente entro il 2027.

Questa evoluzione esercita pressione non soltanto sui processori, ma anche sull’elettronica di potenza, sui trasformatori, sui sistemi di raffreddamento e sulle reti di distribuzione interne.

Ridurre corrente, perdite e ingombro della conversione diventa quindi un problema infrastrutturale, non più soltanto elettronico.

Anche la dimensione economica aiuta a comprenderne la scala. Una stima di McKinsey indica che il fabbisogno cumulativo mondiale di capitale per i centri dati potrebbe raggiungere circa 6.700 miliardi di dollari entro il 2030, dei quali circa 5.200 miliardi collegati alle infrastrutture necessarie a sostenere i carichi di calcolo per l’intelligenza artificiale.

Si tratta di una stima prospettica, non di investimenti già deliberati, ma rende evidente perché anche guadagni relativamente piccoli di efficienza possano assumere un valore economico rilevante quando vengono replicati su vasta scala.

Dagli 800 V verso i 1.500 V

Nelle nuove architetture di alimentazione per i centri dati stanno emergendo dispositivi GaN nelle classi 1.250 e 1.700 V, destinati rispettivamente alla conversione principale su bus a 800 V in corrente continua e agli stadi ausiliari ad alta tensione.

Gli 800 V, tuttavia, potrebbero rappresentare soltanto una fase intermedia.

Le roadmap industriali più avanzate guardano già a sistemi di distribuzione fino a 1.500 V, con l’obiettivo di trasferire potenze crescenti limitando corrente, perdite resistive e dimensioni dei conduttori.

È importante qualificare questo dato: i 1.500 V rappresentano una traiettoria prospettica, non uno standard industriale già consolidato.

La logica fisica è però chiara. A parità di potenza, l’aumento della tensione consente di ridurre la corrente e quindi, entro i limiti imposti dall’architettura, le perdite resistive e la quantità di materiale necessaria alla distribuzione elettrica.

2.200 V: oltre la soglia dei 2 kV

Nell’agosto 2026 è stata dimostrata una tecnologia GaN con un rating fino a 2.200 V, superando la soglia dei 2 kV.

Il risultato rappresenta una dimostrazione della piattaforma tecnologica e non va confuso con la disponibilità di un prodotto a 2.200 V già qualificato e in produzione.

Le applicazioni prospettiche comprendono centri dati ad alta tensione, veicoli elettrici, fotovoltaico, sistemi di accumulo e infrastrutture HVDC (High-Voltage Direct Current), ossia sistemi in corrente continua ad alta tensione.

Il dato non deve però essere interpretato come prova che qualsiasi convertitore ad alta tensione possa essere immediatamente riprogettato utilizzando GaN.

Affidabilità, isolamento, gestione termica, compatibilità elettromagnetica, incapsulamento e costo rimangono determinanti.

Il significato tecnologico è un altro: la frontiera del GaN si sta spostando oltre la fascia dei 600-700 V che per anni ne ha rappresentato uno dei principali ambiti di utilizzo nell’elettronica di potenza.

Oltre 3,4 kV su silicio

La frontiera della ricerca è già oltre questa soglia.

Il 28 agosto 2026 Nature Electronics ha pubblicato uno studio del POWERlab dell’École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), il politecnico federale svizzero con sede a Losanna, diretto dal professor Elison Matioli.

Il gruppo ha sviluppato una supergiunzione a polarizzazione intrinseca (intrinsic polarization superjunction), una struttura che sfrutta i campi di polarizzazione spontanea e piezoelettrica propri dei semiconduttori III-nitruro per ottenere una distribuzione del campo elettrico più uniforme.

Su una piattaforma GaN-on-silicon, cioè nitruro di gallio cresciuto su silicio, i transistor hanno superato 3,4 kV di tensione di rottura e i diodi Schottky 3,9 kV, con una resistenza specifica nello stato di conduzione pari a 4,7 mΩ·cm².

I dispositivi hanno inoltre mostrato un aumento della resistenza dinamica inferiore al 15% nelle prove fino a 3 kV.

Non si tratta del record assoluto di tensione raggiunto sperimentalmente da un dispositivo GaN. La rilevanza del risultato risiede piuttosto nella combinazione di tensione multi-kilovolt, piattaforma GaN su silicio, bassa resistenza specifica e buone prestazioni dinamiche.

È ancora ricerca, non produzione industriale.

Ma dimostra quanto rapidamente si stia spostando la frontiera tecnologica.

GaN e SiC: tecnologie diverse per architetture diverse

Il carburo di silicio mantiene una posizione molto forte nell’elettronica di potenza ad alta tensione, soprattutto quando sono richiesti robustezza termica, elevate tensioni operative e grandi potenze.

Il GaN mostra invece vantaggi particolarmente interessanti quando diventano decisive l’elevata frequenza di commutazione, le basse cariche parassite, la densità di potenza e l’integrazione.

Non è quindi utile rappresentare GaN e SiC come tecnologie destinate a una sostituzione totale dell’una con l’altra.

È più plausibile una specializzazione progressiva in funzione dell’architettura del convertitore e dell’applicazione.

L’espansione del GaN oltre 1.000 V riduce tuttavia la porzione del mercato ad alta tensione che può essere considerata automaticamente riservata al SiC.

La ricerca europea e il problema della scala industriale

L’Europa dispone di infrastrutture scientifiche di primo livello nel settore dei semiconduttori.

Nell’ottobre 2025 imec, centro indipendente di ricerca e innovazione nella nanoelettronica e nelle tecnologie digitali con sede principale a Lovanio, nelle Fiandre, in Belgio, ha avviato un programma dedicato allo sviluppo del GaN su wafer da 300 mm.

imec è uno dei principali poli europei di ricerca applicata sui semiconduttori e dispone a Lovanio di infrastrutture sperimentali e camere bianche utilizzate in collaborazione con produttori di chip, aziende di apparecchiature e università.

Il programma sui 300 mm coinvolge diversi soggetti della filiera dei semiconduttori e riguarda applicazioni di potenza a bassa e alta tensione.

L’aumento del diametro dei wafer non garantisce automaticamente dispositivi più economici. Può però aumentare il numero di componenti ottenibili per wafer e rendere possibile l’impiego di infrastrutture produttive più vicine a quelle della microelettronica avanzata al silicio.

Se processi, rese e volumi raggiungono livelli adeguati, il costo unitario può ridursi.

La strategia europea comprende anche la WBG Pilot Line, linea pilota dedicata ai semiconduttori ad ampia banda proibita e finanziata nell’ambito del Chips Joint Undertaking.

Il progetto coinvolge 23 partecipanti in sette paesi europei, ha un costo complessivo di circa 362,6 milioni di euro e si sviluppa dal giugno 2025 al maggio 2030.

Il coordinamento è affidato al Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR) italiano.

Per l’Italia il punto è rilevante: il paese partecipa direttamente alla costruzione dell’infrastruttura europea necessaria a sviluppare dispositivi GaN e SiC, non soltanto al loro utilizzo.

La vera difficoltà comincia però dopo il laboratorio.

Un transistor deve essere prodotto con rese adeguate, caratterizzato, sottoposto a prove accelerate, qualificato, incapsulato e integrato in un convertitore competitivo.

È in questo passaggio che ricerca e capacità industriale smettono di essere sinonimi.

Dietro il GaN c’è il gallio

La crescita del nitruro di gallio introduce quindi una seconda domanda:

da dove proviene il gallio?

Il Mineral Commodity Summaries 2026 dello U.S. Geological Survey (USGS) stima che nel 2025 la Cina abbia prodotto circa 900.000 kg, pari a 900 tonnellate, di gallio primario a bassa purezza.

Giappone e Russia hanno prodotto quantità marginali e la Cina ha rappresentato circa il 99% della produzione mondiale di questa categoria.

Il gallio normalmente non proviene da miniere dedicate.

Viene recuperato soprattutto come sottoprodotto della lavorazione della bauxite e, in misura minore, dai processi legati allo zinco.

La concentrazione cinese non dipende quindi soltanto dalla disponibilità geologica della materia prima. Dipende anche dalla scala dell’industria dell’alluminio, dalle capacità di recupero e raffinazione e dalla filiera industriale sviluppata a valle.

È una dipendenza industriale oltre che mineraria.

Il 71% europeo

La vulnerabilità europea richiede una formulazione precisa.

La Corte dei conti europea, sulla base di dati della Direzione generale GROW della Commissione relativi a gennaio 2025, indica che il 71% del consumo totale dell’UE di gallio trasformato proviene dalla Cina.

Non si tratta quindi di una generica percentuale di dipendenza europea dalle importazioni, ma della concentrazione della fornitura in una fase specifica della catena.

Il dato supera il riferimento del 65% previsto dal Critical Raw Materials Act, secondo il quale entro il 2030 nessun singolo paese terzo dovrebbe rappresentare più del 65% del consumo annuale europeo di una materia prima strategica in una fase pertinente della trasformazione.

Gli altri parametri di riferimento sono almeno il 10% del consumo coperto da estrazione nell’UE, il 40% da trasformazione europea e il 25% da riciclaggio interno.

Le restrizioni non si sono esaurite nel 2025

Le restrizioni cinesi sulle esportazioni di gallio hanno prodotto effetti che vanno oltre una singola annualità.

Dal livello precedente all’annuncio dei controlli cinesi al successivo picco post-controlli, il prezzo spot europeo del gallio è aumentato complessivamente del 365%, secondo lo Swedish National China Centre.

Nel 2026 la situazione continua a mostrare segnali di tensione.

Tra gennaio e agosto, secondo dati doganali cinesi riportati da Reuters, le spedizioni di gallio dalla Cina verso il Giappone sono diminuite del 65% rispetto allo stesso periodo del 2025.

Questo dato non misura né le esportazioni cinesi complessive né la disponibilità europea e non va utilizzato come tale.

È però un indicatore della persistente fragilità di alcune rotte di approvvigionamento verso economie tecnologicamente avanzate.

Nello stesso contesto, la European Union Chamber of Commerce in China, organizzazione che rappresenta le imprese europee operanti nel mercato cinese, ha segnalato che, nonostante una semplificazione di alcune procedure, le aziende continuano a chiedere maggiore trasparenza e prevedibilità nei processi di autorizzazione relativi ai materiali soggetti a controllo.

Il problema, quindi, non è soltanto il prezzo.

È la prevedibilità dell’accesso alla materia prima.

Il costo economico di una strozzatura

Per l’Europa non esiste una stima ufficiale del prodotto interno lordo direttamente comparabile con quella elaborata dall’USGS per gli Stati Uniti.

Trasferire proporzionalmente la simulazione statunitense all’economia europea sarebbe metodologicamente scorretto.

Lo studio USGS rimane tuttavia utile per comprendere il meccanismo.

In uno scenario di completa interruzione per un anno delle esportazioni nette cinesi di gallio, il modello stima per gli Stati Uniti una riduzione del PIL di circa 3,1 miliardi di dollari, con un intervallo tra 1,7 e 8,2 miliardi.

Nel caso base, la quantità di gallio disponibile al nuovo equilibrio nel resto del mondo diminuirebbe del 39,5%, mentre il prezzo di equilibrio aumenterebbe a oltre 2,5 volte il livello iniziale.

Quasi metà della perdita di PIL modellizzata, il 46,5%, deriverebbe direttamente dalla fabbricazione di semiconduttori e dispositivi correlati.

Nel modello USGS, la contrazione della quantità disponibile produce effetti economici molto più rilevanti del solo rincaro della materia prima.

Il rischio del gallio non consiste soltanto nel suo rincaro, ma nella possibilità che una quantità insufficiente di materiale limiti produzioni il cui valore è enormemente superiore a quello della materia prima impiegata.

La risposta europea e il fattore tempo

Il Critical Raw Materials Act mira a diversificare proprio queste catene di approvvigionamento.

Nel 2025 la Commissione europea ha riconosciuto 60 progetti strategici, 47 all’interno dell’Unione e 13 in paesi partner, destinati a rafforzare estrazione, trasformazione, riciclo e diversificazione delle materie prime strategiche.

Per il gallio, le istituzioni europee stimano che la realizzazione dei progetti selezionati potrebbe ridurre la dipendenza da un singolo paese dal 71% al 17%.

Il condizionale è essenziale: si tratta di una proiezione, non di un risultato già raggiunto.

Il problema principale è il tempo.

Analizzando un campione di 19 progetti strategici, la Corte dei conti europea ha rilevato che in dieci casi la piena capacità produttiva è prevista fra il 2026 e il 2029, in tre nel 2030 e in sei soltanto dopo il 2030; in un caso si arriva al 2039.

Una nuova capacità di estrazione o trasformazione richiede anni per essere finanziata, autorizzata, costruita e qualificata.

Una restrizione alle esportazioni può essere introdotta o modificata in tempi molto più brevi.

È questa asimmetria temporale a rendere la dipendenza strategica difficile da correggere.

Il paradosso europeo

L’Europa dispone di competenze scientifiche avanzate sul GaN.

A Losanna, in Svizzera, l’EPFL ha dimostrato dispositivi GaN-on-silicon nella regione dei multi-kilovolt.

A Lovanio, in Belgio, imec lavora sul passaggio a processi da 300 mm.

In Italia il CNR coordina la linea pilota europea sui semiconduttori ad ampia banda proibita.

La fase a monte della filiera del gallio rimane però fortemente concentrata in Cina.

Il paradosso è quindi evidente:

capacità scientifica avanzata a valle e vulnerabilità nell’approvvigionamento a monte.

L’obiettivo realistico non è un’autosufficienza completa, difficilmente perseguibile in una filiera globale come quella dei semiconduttori.

È costruire un sistema nel quale raffinazione europea, fornitori alternativi, recupero, riciclo, sostituzione tecnologica e scorte riducano il rischio che un singolo punto della catena possa bloccare attività industriali molto più ampie.

Dai caricabatterie ai kilovolt

Il GaN sta vivendo due trasformazioni parallele.

La prima è tecnologica.

Lo stesso materiale che ha reso più compatti i caricabatterie viene utilizzato oggi in transistor da 18 V per l’alimentazione dei sistemi di intelligenza artificiale, in dispositivi superiori al kilovolt per architetture ad alta tensione e, in laboratorio, in strutture GaN-on-silicon che superano i 3 kV.

La seconda è industriale.

Più il GaN entra nei centri dati, nelle reti, nell’accumulo, nelle telecomunicazioni, nell’industria, nello spazio e nella difesa, meno il gallio può essere considerato una materia prima marginale.

Per l’Europa le due sfide coincidono:

trasformare l’eccellenza scientifica nel GaN in capacità produttiva competitiva e, nello stesso tempo, ridurre la vulnerabilità della filiera del gallio.

Il passaggio dai caricabatterie ai kilovolt è già iniziato.

La questione strategica è chi riuscirà a produrre questi dispositivi in volume, a costi competitivi e con una catena di approvvigionamento sufficientemente resiliente.

Fonti principali: 

U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries 2026 e Open-File Report 2024-1057; Nature Electronics / EPFL; International Energy Agency; imec; Chips Joint Undertaking; Commissione europea; Consiglio dell’Unione europea; Corte dei conti europea, Special Report 04/2026; Reuters; Swedish National China Centre; European Union Chamber of Commerce in China; Efficient Power Conversion; McKinsey & Company